A comparative analysis on phylogeny, genetics and selected phenotypes of lactic acid bacteria isolated from gut microbiota of honey bee versus flowers

Abstract

From the bee gut samples 190 bacteria isolates were obtained. Purified plasmid DNA extracts were screened for plasmids on an agarose gel by electrophoresis to determine their plasmid profiles. The purpose of the plasmid DNA profiling was to identify different strains of the same species later on in the experiment. Based on the plasmid profiles, 99 isolates were selected for 16S rDNA sequencing following a phylogenetic analysis of the 16S rDNA sequence. Further phenotypic characteristics were tested by determining the carbohydrate metabolism of 20 strains belonging to each genus or species of genera identified by the analysis of the 16S rDNA. Finally, all strains were screened for antimicrobial activity, bacteriocins. In a similar experiment conducted parallel to the gut microbiota, five samples from bacterial flora of flowers, sampled nearby the bee colonies, were conducted by another student. The results show a significant amount of lactic acid bacterial species known to be inhabitants of the bee gut microbiota, as well as Bifidobacteria. The other species represented in the samples, identified 16S rDNA, are also consider as bacteria common to the bees. The comparison of identified lactic acid bacteria of isolated strains from bees and flower had various amounts of agreement looking at all isolates from all four months of sampling, however, in the early the summer months the microbiota was more similar. The study of phylogeny, genetics and phenotypical characteristics conducted in this thesis have been comprehensive. More work on bacteriocin screening, such as testing other methods, would be interesting in future work. Future work on the phylogenetic placement of Lactobacillus kunkeei group 2, are especially interesting since it does not branch closely with any of the type strains in phylogenetic trees produced.

Fra de fem bie-tram mikrobiota prøvene ble 190 bakteriestammer isolert. Renset plasmid DNA ble screenet for plasmider ved hjelp av agarose-gelelektroforese for å bestemme bakterie isolatenes plasmidprofil. Formålet med plasmid DNA profileringen var å kunne differensiere identifiserte bakteriestammer av samme art senere i forsøket. Basert på plasmidprofilene, ble 99 isolater valgt ut for 16S rDNA-sekvensering etterfulgt av en fylogenetisk analyse av 16S rDNA-sekvensene. Ytterligere fenotypiske egenskaper ble testet hos 20 stammer ved bestemmelse av karbohydratmetabolismen/fermenteringsprofilen til de ulike artene identifisert i 16S rDNA analysen. Til slutt ble alle stammer testet for antimikrobiell aktivitet, bakteriosiner. Parallelt med bie-tarm mikrobiota undersøkelsene ble 5 prøver fra blomster undersøkt med tilsvarende metode. Resultatene viser at det er en betydelig mengde melkesyrebakterier som er kjent for å være beboere av denne fruktofile nisjen som finnes bie tarm mikrobiotaen, i tillegg til bifidobakterier. De andre artene som er representert i prøvene, identifisert ved 16S rDNA er også betrakte som bakterier som er felles for biene. Sammenligningen av identifiserte melkesyrebakterier av isolerte stammer fra bier og blomster hadde disse ganske ulik sammensetning om man ser på identifiserte stammer fra alle fire måneder med prøvetaking, men i begynnelsen av sommermånedene derimot, var mikrobiotaen mer lik. Studiet av fylogeni, genetikk og fenotypiske egenskaper utført i denne avhandlingen har vært omfattende. Mer arbeid på bakteriocin screening, for eksempel ved å benytte andre metoder, ville være interessant i et videre arbeid. Fremtidig arbeid med den fylogenetiske plasseringen av Lactobacillus kunkeei gruppe 2, er spesielt interessant siden fylogenetisk plassering av typestammer i de fylogenetiske trærne som har blitt laget hadde stor avstand.